榮成市小型水庫旱限水位分析與應用

林榮軍，霍德舟，孫士國

（1.山東省水利廳，山東 濟南250014；2.威海市水務局，山東 威海264200）

旱限水位是指江河湖庫水位持續偏低，流量或水量持續偏少，可能影響城鎮生活、工農業生產、生態環境等用水安全，應采取抗旱措施的水位。旱限水位是確定江河湖庫干旱預警等級的重要指標，也是啟動抗旱應急響應級別的重要依據。山東省屬于資源型缺水區域，降水豐枯不均，“十年九旱”是基本省情，隨著全球氣候變化及城鎮化、工業化加速推進，供水形勢愈加嚴峻。特別是2015年以來膠東地區連續干旱，水利工程蓄水持續偏少，對當地經濟社會發展產生了一定影響。準確掌握小型水庫蓄水情況，針對不同用水戶需水量綜合分析確定旱限水位，做好干旱預警，實現旱災防御關口前移，為旱災防御指揮決策提供科學依據和技術支撐意義重大。

1 水庫概況

本文共涉及榮成市7座小型水庫，均為土石壩，壩高7～25 m，控制流域面積均較小；其中逍遙水庫、林村水庫為小（1）型，承擔城鎮生活供水和農業灌溉功能，其余5座水庫為小（2）型，只有農業灌溉功能。7座水庫總設計灌溉面積1 936.1 hm2，城鎮供水覆蓋人口9.5萬人。

2 旱限水位分析

根據《旱限水位（流量）確定辦法》，旱限水位的確定綜合考慮水庫承擔的城鎮供水、農業灌溉、環境生態等供水需求，結合考慮設計來水情況綜合分析，以逐月滑動計算的水庫應供水量與死庫容之和的最大值對應的水庫水位來確定，并考慮水庫取水設施的高程。

2.1 水庫來水分析

各水庫壩址上游集水面積除兩座小（1）型水庫超過5 km2外，其余水庫壩址以上集水面積均小于5 km2，各水庫均無實測水文、氣象資料。臨近區域也缺乏小流域測站。根據當地水文氣象特點，本次分析采用雨量資料計算各水庫來水。

2.1.1 降雨分析

根據《山東省水文圖集》、威海市榮成雨量站、鮑村水文站歷年各月降雨量資料，統計分析了不同時期的多年平均降雨量變化情況。根據統計分析，不同時段各站多年平均年降雨量有一定變化，1970年以后的多年平均年降雨量小于《山東省水文圖集》所采用的1970年以前的多年平均降雨量，結合查圖數據分析榮成站1970年后的多年平均降雨量為查圖值的89.3%，鮑村站1970年后的多年平均降雨量為查圖值的95.3%。

2.1.2 徑流分析

1）設計代表年徑流計算：本次各水庫設計徑流采用《山東省水文圖集》進行查算，先通過“山東省多年平均徑流深及Cv值等值線圖”查算出各水庫壩址以上流域型心處的多年平均徑流深及Cv值，Cs與Cv的倍比取2.0。結合前述本區域相關站點（威海鮑村站）不同時段多年平均降雨量，用多年平均降雨量的變化系數對從圖集查算的各水庫多年平均徑流深進行修正（修正系數取0.94）。根據修正后多年平均徑流深及查算的Cv值，在皮爾遜III型曲線的模比系數Kp值表（Cs=2.0Cv）中查算出各設計頻率的Kp值，然后推算出各設計代表年的設計年徑流值。

2）設計代表年徑流月分配計算：各水庫設計徑流年內分配表參照《山東省水文圖集》中區域代表站年內月分配比例進行分配。

2.2 水庫用水分析

1）灌溉用水分析。根據現場調查，7座水庫均有灌溉功能，灌溉時間為每年3～6月。榮成市屬于溫帶季風氣候，且都處于山東沿海，水庫相距不遠，灌溉制度和種植結構相近，本處以逍遙水庫灌區灌溉定額作為計算依據。

逍遙水庫灌區內主要作物為冬小麥、夏玉米、春玉米和春花生，其作物種植比例分別為0.7、0.7、0.1、0.2，則復種指數為1.70。逍遙水庫灌區多年平均（1959—2011年）灌溉凈定額每畝為170 m3，灌區灌溉成果與當地多年進行灌水的實踐經驗和灌區試驗資料相吻合。灌溉利用系數采用0.65。根據現場調查，由于氣候和種植習慣，當地灌溉時間為每年3～6月，其他時間無灌溉。

2）城鎮供水分析。逍遙水庫城鎮供水規模為每日1.5萬m3，多年平均供水量300萬m3，供水保證率95%。林村水庫城鎮供水規模為每日0.5萬m3，供水保證率95%。

3）生態用水分析。根據《河道生態用水環境影響評價技術指南》和《水電水利建設項目河道生態用水、低溫水和過魚設施環境影響評價技術指南（試行）》：采用維持水生生態系統穩定所需水量計算方法中的水文學法，河道下泄生態流量不得小于壩址處多年平均流量的10%。

4）蒸發水量。由于水庫水面面積大，水面蒸發是不能忽略的問題，查詢《山東省水文圖集》中多年平均陸上水面蒸發量等值線圖，計算各水庫逐月蒸發量。

2.3 旱限水位的分析確定

1）水庫應供水量計算。以逐月作為計算單元，水庫應供水量為用水戶需水總量與水庫天然來水量之差。計算方法為分析每個自然月水庫的天然來水量和用水戶需水總量（城鎮供水量＋農業灌溉水量＋生態用水量＋蒸發量）。當天然來水量≥用水戶需水總量時，表示該月天然來水量可以滿足用水需求，水庫不需供水（實際情況是水庫仍在供水，只是不消耗已有蓄水量）。當天然來水量＜用水戶需水總量時，表示天然來水無法滿足用水需求，需要水庫供水補足水量差額，水量差額即為水庫應供水量。

2）旱限水位庫容。根據分析計算，7座水庫的應供水量最大值分別發生在3月、5月、6月，根據《旱限水位（流量）確定辦法》規定，旱限水位庫容為以逐月滑動計算的水庫應供水量與死庫容之和的最大值。

3）旱限水位的確定及合理性分析。根據每座水庫的水位-庫容曲線，找出了水庫應供水量與死庫容之和的最大值對應的水位，即為旱限水位。復核成果見表1。

表1 小型水庫旱限水位與放水建筑物高程比較表

根據表1分析比較，7座水庫的旱限水位均大于放水建筑物高程，故旱限水位的確定是合理的。

3 旱限水位的應用

3.1 抗旱預警

當水庫水位降至旱限水位時，水庫蓄水將小于用水，即將出現水短缺，結合中短期天氣預報，縣級水利部門可發出抗旱預警。可采取加強節約用水，限制普通農業用水，優先確保城鎮居民用水和高效農業用水，制定打井計劃等抗旱措施。當水庫水位降至旱限水位以下至死水位之間時，水庫蓄水遠小于用水，水量不能滿足需求，干旱已經發生，結合中短期天氣預報，要立即采取優先保障居民用水、限時供水、新打機電井、限制農業用水等各類應急抗旱措施。當水庫水位接近死水位時，要立即啟動針對居民用水戶的應急調水送水工作，保障居民基本正常生活。為了直觀表示水庫水情，分別用藍色、黃色、橙色、紅色標識不同情況下的水位狀態，預警數據及標識見表2。

3.2 區域旱情的反映

根據山東省旱情發展規律，與強降雨會發生在局部較小的區域不同，自然情況下干旱的發生常常是一個較大區域，特別是重特大干旱更是區域性的。由于小型水庫蓄水庫容較小，不能抵御大的干旱。因此，榮成市7個小型水庫的旱情基本能夠反映膠東半島東部的情況，利于省、市水利部門準確及時掌握區域旱情，以便及早做出相應抗旱工作部署。

本次項目對7座小水庫均安裝了實時雨水情監測設施，其中水情監測可實時掌握從死水位到校核洪水位的水位變化，不僅用于干旱預警，同時可用于水庫防洪預警。水位監控數據同時傳輸到省、市水旱災害防御數據庫，省、市、縣三級水旱災害防御工作人員可通過水旱災害防御信息化平臺或手機APP快速便捷查詢實時水位及是否溢洪、溢洪水深等，以便及時采取洪水防御應對措施。

表2 小型水庫水位預警數據表m